Turbolader

Ein Turbolader ist eine Aufladevorrichtung, die Leistung und Wirkungsgrad eines Motors erhöht, indem sie die in die Zylinder strömende Luft verdichtet. Saugmotoren ziehen die Luft nur mit Umgebungsdruck an, weshalb die Menge an Kraftstoff, die sie sinnvoll verbrennen können, durch das Luftvolumen begrenzt ist, das jeder Zylinder ansaugen kann. Der Turbolader durchbricht diese Grenze, indem er mehr Luft in denselben Hubraum presst, sodass pro Arbeitstakt mehr Kraftstoff verbrannt und aus einem Motor gegebener Größe entsprechend mehr Leistung gewonnen werden kann.

Im Kern handelt es sich um eine Luftpumpe, die durch die ungenutzte Energie der Abgase angetrieben wird. Sie besteht aus zwei beschaufelten Rädern, die auf einer gemeinsamen Welle in einem abgedichteten Mittelgehäuse sitzen. Die heißen Abgase, die den Motor verlassen, treiben auf der einen Seite ein Turbinenrad an; die Welle überträgt diese Drehung auf das Verdichterrad der anderen Seite, das die frische Ansaugluft ansaugt und verdichtet. Die Welle kann mit weit über 150.000 U/min rotieren, gelagert in öldurchströmten Lagern und häufig wassergekühlt, um der enormen Hitze standzuhalten. Ein Wastegate-Ventil leitet überschüssiges Abgas an der Turbine vorbei, um den maximalen Ladedruck zu begrenzen und den Motor zu schützen.

Der große Vorzug des Turboladers liegt darin, dass er Energie zurückgewinnt, die sonst als heißes, schnell strömendes Abgas verlorenginge, und sie in nutzbare Arbeit umsetzt, statt zusätzlichen Kraftstoff zum Antrieb einer Pumpe zu verbrennen. Damit arbeitet er deutlich effizienter als ein riemengetriebener Kompressor. Da das Verdichten die Luft zugleich erwärmt, leiten die meisten leistungsorientierten und modernen Anwendungen die Ladeluft durch einen Ladeluftkühler, bevor sie die Zylinder erreicht; das stellt die Dichte wieder her und mindert die Klopfneigung. Unterm Strich ergibt sich ein spürbarer Zugewinn sowohl bei der Spitzenleistung als auch, im Sinne des Downsizings, bei der alltäglichen Effizienz.

Die Aufladung hat die moderne Motorenlandschaft durch eben dieses Prinzip des Downsizings geprägt. Hersteller haben große Saugmotoren vielfach durch kleinere, aufgeladene Aggregate ersetzt, die vergleichbare Leistung und Drehmoment liefern, dabei aber unter typischen Bedingungen weniger Kraftstoff verbrauchen und weniger CO2 ausstoßen, was die Einhaltung der immer strengeren Euro-Normen erleichtert. Ein aufgeladener 1,5-Liter-Benziner erreicht heute mühelos die Werte eines älteren 2,5-Liter-Motors, wobei der Turbolader die Drehmomentkurve zugleich abflacht und verbreitert und so für einen elastischeren Antrieb sorgt.

Der klassische Nachteil ist das Turboloch: das kurze Zögern zwischen dem Leistungswunsch des Fahrers und dem Moment, in dem die Turbine genug Abgasenergie aufgebaut hat, um Ladedruck zu liefern. Moderne Konstruktionen haben dies durch leichte Laufräder, Twin-Scroll- und variable Turbinengeometrie, elektrische Unterstützung und Doppelturbo-Anordnungen stark verringert. Dennoch verlangen Turbolader sorgfältige Pflege — sauberes Öl, ausreichende Kühlung und das Vermeiden eines abrupten Abstellens im heißen Zustand —, um die volle Lebensdauer zu erreichen. Zusammen mit Kompressor, Ladeluftkühler, Doppelturbo und variabler Geometrie betrachtet, bleibt der Turbolader das vorherrschende Mittel, um aus heutigen Motoren mehr aus weniger herauszuholen.